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79 PLANO DE ESTUDO TUTORADO SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO DE MINAS GERAIS COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA ANO DE ESCOLARIDADE: 1º ANO – EM NOME DA ESCOLA: ESTUDANTE: TURMA: MÊS: NÚMERO DE AULAS POR SEMANA: 02 TURNO: TOTAL DE SEMANAS: 04 NÚMERO DE AULAS POR MÊS: 08 SEMANA 1 UNIDADE(S) TEMÁTICA(S): Eixo Temático V: Força e Movimento — Tema 12: Equilíbrio e Movimento. OBJETO DE CONHECIMENTO: 31. Movimento Uniforme. HABILIDADE(S): 31.1. Saber descrever o movimento de um corpo em movimento retilíneo e uniforme. CONTEÚDOS RELACIONADOS: 31.1.1. Compreender a relatividade do movimento. 31.1.2. Compreender o conceito de velocidade de um corpo, como rapidez. 31.1.3. Compreender os conceitos de deslocamento e tempo e suas unidades de medida. 31.1.4. Resolver problemas envolvendo velocidade, deslocamento e tempo no movimento retilíneo uniforme. INTERDISCIPLINARIDADE: Matemática. 80 ORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME: MOVIMENTO PROGRESSIVO E REGRESSIVO O movimento retilíneo uniforme pode ser dividido em movimento progressivo e regressivo. O movimento progressivo é aquele em que o corpo caminha no mesmo sentido da orientação da traje- tória. Aqui os espaços, ou seja, as posições do corpo, crescem no decorrer do percurso em função do tempo. No movimento progressivo a velocidade escalar é positiva. (v > 0) O movimento regressivo é quando o corpo caminha contra a orientação da trajetória. Seus espaços decrescem no decorrer do tempo e sua velocidade escalar é negativa. (v < 0) FUNÇÃO HORÁRIA DA POSIÇÃO Função que descreve a posição de um corpo em função do tempo para um movimento retilíneo unifor- me (MRU). s = s0 + v ? t s → posição final do corpo; s0 → posição inicial do corpo; v → velocidade desenvolvida e, t → intervalo de tempo. Através dessa equação podemos determinar a posição de um corpo de acordo com o passar do tempo, conhecendo-se sua posição inicial e sua velocidade. GRÁFICO DE POSIÇÃO 33 TEMPO NO MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME O gráfico posição 3 tempo no MRU é sempre uma reta inclinada em relação ao eixo do tempo: • Se o movimento é progressivo, então a velocidade é positiva e a função é crescente, 81 • Se o movimento é regressivo, ou retrógrado, então a velocidade é negativa e a função é decrescente, • A inclinação do gráfico s 3 t representa a velocidade • O gráfico de velocidade do MRU, v 3 t é uma reta horizontal, sem inclinação: Através da função horária do movimento de um corpo, pode-se traçar o gráfico que descreve seu movimento: v = ∆s ∆t v = 500 — 100 4 — 0 v = 100 km/h s = s0 + v ? t s = 100 + 100 ? t 82 ATIVIDADES 1 — Uma partícula descreve movimento retilíneo uniforme. A função horária da posição, com unida- des do Sistema Internacional de Unidades, ou seja, posição em metros, tempo em segundos e velocidade em m/s, é: s = —2,0 + 5,0 ? t; neste caso, podemos afirmar que a velocidade escalar da partícula é: a) —2 m/s e o movimento é regressivo. b) —2 m/s e o movimento é progressivo. c) 5,0 m/s e o movimento é progressivo. d) 5,0 m/s e o movimento é regressivo. 2 — A posição de um móvel, em movimento uniforme, varia com o tempo conforme a tabela que segue. S (m) 25 21 17 13 9 5 T (s) 0 1 2 3 4 5 A equação horária desse movimento é: a) s = 4 — 25 ? t b) s = 25 — 4 ? t c) s = 25 + 4 ? t d) s = —4 + 25 ? t 3 — Sabendo que a posição de um corpo varia com o tempo, e obedece a seguinte função horária do espaço: s = —100 + 25 ? t, determine: a) o espaço no instante 8s. b) o instante quando o móvel passa na origem das posições. c) Informe se o movimento do móvel é progressivo ou retrógrado. 4 — Um trem, de 200 m de comprimento tem velocidade escalar constante e po- sitiva de 72 km/h. Calcule o tempo gasto para atravessar completamente uma ponte de 50 m de comprimento. 5 — O gráfico a seguir relaciona a posição de um móvel, em me- tros, com o tempo, em segundos. Determine o valor de sua velocidade média, lembrando que no MRU a velocidade mé- dia tem o mesmo valor da velocidade instantânea. Disponível em: https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/ exercicios-sobre-funcao-horaria-espaco.htm. Acesso em: 12 de maio de 2020. 83 SEMANA 2 UNIDADE(S) TEMÁTICA(S): Eixo Temático V: Força e Movimento — Tema 12: Equilíbrio e Movimento. OBJETO DE CONHECIMENTO: 32. Movimento acelerado. HABILIDADE(S): 32.1. Saber descrever o movimento de um corpo em movimento retilíneo uniformemente variado. CONTEÚDOS RELACIONADOS: 32.1.1. Compreender o conceito de aceleração e sua unidade de medida no SI. 32.1.2. Caracterizar movimento retilíneo uniformemente variado. 32.1.5. Resolver problemas envolvendo aceleração, velocidade, deslocamento e tempo no movimento retilíneo uniformemente variado. INTERDISCIPLINARIDADE: Matemática. 84 ACELERAÇÃO Toda mudança de velocidade é causada por uma aceleração. Para definirmos matematicamente acele- ração precisamos saber informações do intervalo de tempo e da velocidade antes e depois da mudança nos valores, velocidade inicial e velocidade final, respectivamente, e sua representação é descrita pela seguinte equação: aceleração = variação da velocidade (velocidade final — velocidade inicial) intervalo de tempo decorrido (tempo final — tempo inicial) a = ∆v ∆t ou a = v — v0 t — t0 a → aceleração; ∆v → variação da velocidade; v → velocidade final; v0 → velocidade inicial; ∆t → intervalo de tempo decorrido; t → instante de tempo final; e t0 → instante de tempo inicial. A unidade de medida da aceleração no Sistema Internacional de unidades é metros por segundo ao quadrado [m/s2]. MOVIMENTO ACELERADO Quando velocidade e aceleração do corpo estão no mesmo sentido, o módulo da velocidade aumenta com o passar do tempo, esse movimento é chamado de acelerado, e essas duas grandezas apresentam os mesmos sinais. MOVIMENTO RETARDADO Quando velocidade e aceleração apresentam sentidos opostos, o módulo da velocidade diminui com o passar do tempo, esse movimento é chamado de retardado, e essas duas grandezas apre- sentam sinais opostos. Movimento Retardado: Movimento acelerado: ORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS 85 ATIVIDADES 1 — Um corpo possui velocidade de 10 m/s e acelera por 4 segundos até atingir a velocidade de 22 m/s. Qual a aceleração desse corpo? 2 — Um corpo, quando se aproxima do Sol, é atraído com mais intensidade por ele e por isso sua velo- cidade aumenta. Se esse corpo possui inicialmente a velocidade de 500 m/s e ao se aproximar do Sol é acelerado por uma aceleração de 0,5 m/s2, qual será sua velocidade depois de 10 minutos? (lembre-se que 1 minuto possui 60 segundos). 3 — Um carro de Fórmula 1 larga de sua posição (onde estava inicialmente parado) e acelera com aceleração constante de 4 m/s2. Qual a velocidade do carro após 5 segundos? 86 SEMANA 3 UNIDADE(S) TEMÁTICA(S): Eixo Temático V: Força e Movimento — Tema 12: Equilíbrio e Movimento. OBJETO DE CONHECIMENTO: 32. Movimento acelerado. HABILIDADE(S): 32.1. Saber descrever o movimento de um corpo em movimento retilíneo uniformemente variado. CONTEÚDOS RELACIONADOS: 32.1.3. Representar graficamente as forças que atuam em um corpo que se move verticalmente em relação à superfície terrestre. 32.1.4. Saber explicar por que um corpo caindo pode atingir uma velocidade terminal. INTERDISCIPLINARIDADE: Matemática. 87 FUNÇÃO HORÁRIA NO MRUV E A EQUAÇÃO DE TORRICELLI A velocidade de um corpo em movimento retilíneo uniformemente variado podem ser descritas também pela equação a seguir: v = v0 + at Sabendo-se que a aceleração no MRUV permanece constante podemos calcular a variação. Da posição de um móvel no decorrer do tempo através da função horária da posição: s = s0 + v0 ? t + at2 2 s → posição final; s0 → posição inicial; v0 → velocidade inicial; t → intervalo de tempo; e a → aceleração. A fórmula acima constitui uma função quadrática, ou seja, uma função do segundo grau. O tratamento matemático das duas equações apresentadas leva à equação de Torricelli,em que é possível obter-se dados de velocidade ou deslocamento, sem necessariamente ter-se informações do intervalo de tempo em que o movimento ocorre. v2 = v0 2 + 2a∆s v → velocidade final; v0 → velocidade inicial; a → aceleração; e ∆s → variação da posição ou distância percorrida. QUEDA LIVRE O movimento de queda livre dos corpos é um fenômeno natural que acontece com os corpos próximos à superfície da Terra. Quando um corpo (uma pedra, por exemplo) é abandonado de uma certa altura, seu movimento é acelerado e sua velocidade aumenta à medida que cai. Se esse mesmo corpo é lançado para cima, sua velocidade diminui gradualmente até se anular no ponto mais alto, isto é, o movimento de subida é retardado. Fonte: site http://www.cbpf.br. Acesso em: 14 de maio de 2020. ORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS 88 Dois corpos em queda livre ao serem lançados de uma mesma altura, em um ambiente em que pode-se desconsiderar a resistência do ar, como no vácuo do espaço por exemplo, chegam ao mesmo tempo no chão, como já disse a tirinha acima. Na prática, os objetos que caem na superfície da Terra estão sob ação da resistência do ar. A força de resistência aerodinâmica, devido à resistência do ar que um objeto em queda experimenta depende do tamanho do objeto e da velocidade de queda em relação ao meio. Quando a força de resistência é suficiente para anular a força gravitacional que atua no objeto, a aceleração deixa de existir e o objeto alcança sua velocidade terminal, isto é, a velocidade de queda fica constante e o movimento deixa de ser acelerado e passa a ser retilíneo uniforme. IMPORTANTE: A aceleração da gravidade é representada pela letra g. A aceleração da gravidade na Terra é aproximadamente 9,8 m/s2. Agora é hora de testar seus conhecimentos, lembre-se que as pesquisas e consultas são permitidas e bem vindas para que você realize com sucesso as atividades. 89 ATIVIDADES 1 — No vácuo, uma moeda e uma pena caem igualmente, lado a lado. Seria correto dizer que forças da gravidade iguais atuam sobre a moeda e a pena quando estão no vácuo? 2 — Uma pessoa salta de um helicóptero que voa alto. Enquanto ela cai cada vez mais rápido no ar, sua aceleração cresce, decresce ou permanece a mesma? E o que acontece com sua velocidade ao abrir o paraquedas, considerando a resistência do ar? 3 — O movimento uniforme de um corpo é descrito pela equação v = 10 — 2t, em que v é a velocidade, em m/s, e t é o tempo, em segundos. Determine a velocidade desse corpo nos instantes de: a) 1 s b) 2s c) 4s d) 5s 90 4 — Uma pena e uma bola de boliche são abandonadas ao mesmo tempo e da mesma altura. Desprezan- do a resistência do ar, qual chegará primeiro ao solo? Explique? E se considerarmos a resistência do ar, quais fatores influenciam no tempo de queda? 5 — Qual é a aceleração de uma pedra atirada diretamente para cima ao atingir o topo de sua trajetória? 6 — Um corpo é lançado verticalmente para cima com uma velocidade inicial de 40 m/s. Considere a aceleração da gravidade g = 10 m/s2, despreze a resistência do ar e responda: a) Qual será a velocidade do corpo 2,0 s após o lançamento? b) Quanto tempo o corpo gasta para atingir o ponto mais alto da sua trajetória? c) Qual a altura máxima alcançada pelo corpo? d) Qual a velocidade com que o corpo retorna ao ponto de lançamento? 91 UNIDADE(S) TEMÁTICA(S): Eixo Temático V: Força e Movimento — Tema 12: Equilíbrio e Movimento. OBJETO DE CONHECIMENTO: 32. Movimento acelerado. HABILIDADE(S): 32.1. Saber descrever o movimento de um corpo em movimento retilíneo uniformemente variado. CONTEÚDOS RELACIONADOS: 32.1.3. Representar graficamente as forças que atuam em um corpo que se move verticalmente em relação à superfície terrestre. 32.1.6. Saber representar graficamente a velocidade e a distância, em função do tempo, de objetos em movimento. INTERDISCIPLINARIDADE: Matemática. SEMANA 4 92 GRÁFICOS DO MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO A aceleração no MRUV é constante, enquanto que a velocidade escalar média é variável, deste modo, os gráficos descrevem movimentos expressos nas equações horárias descritas no estudo anterior. O gráfico da função horária da posição, posição 3 tempo, descreve uma função de 2o grau em que sua representação é uma parábola e sua concavidade é descrita pelo sinal da aceleração. IMPORTANTE: É importante salientar que o gráfico S 3 t não representa a forma da trajetória do corpo. Apenas apresentam as funções horárias do movimento. O gráfico de velocidade 3 tempo é descrito por uma reta, em que a velocidade aumenta no movimento acelerado e a velocidade diminui no movimento retardado. A área sob o gráfico de v 3 t representa o deslocamento em um dado intervalo de tempo e a tangente o ângulo que a reta forma com o eixo do tempo (horizontal) é igual à aceleração do corpo. A principal característica do MUV é possuir a aceleração constante. Assim, seu gráfico é uma reta paralela ao eixo t. A propriedade desse gráfico é que entre dois instantes quaisquer, a variação de velocidade ∆V é numericamente igual à área sob o gráfico. Agora, para fixar o que foi visto até aqui, na sequência exercícios. ORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS 93 ATIVIDADES 1 — Um objeto se desloca de acordo com a equação S = 40 + 10t + t2 com dados no SI. Em relação à equação do movimento, marque a opção correta. a) O movimento é retilíneo uniformemente variado com aceleração igual a 2 m/s2. b) O movimento é retilíneo uniformemente variado com velocidade inicial igual a 40 m/s. c) O movimento é retilíneo uniforme com aceleração igual a 1 m/s2. d) O movimento é retilíneo uniforme com posição inicial igual a 40 m. 2 — Um corpo, que se movimenta retilineamente, tem sua velocidade variando em função do tempo, conforme mostra o gráfico. Descreva qual o tipo de movimento o corpo descreve e os sinais da velocidade e aceleração, caso não sejam nulas nos seguimentos: a) Intervalo A. b) Intervalo B. c) Intervalo C. d) Intervalo D. 94 3 — Um corpo de massa m movimenta-se sobre uma estrada retilínea, partindo de uma posição inicial —10 m. O gráfico representa a velocidade deste corpo em função do tempo. Qual a equação da velocidade (v = ...) que descreve este movimento: 4 — Qual dos gráficos abaixo representa a variação da velocidade v, em função do tempo t, de uma pedra lançada verticalmente para cima? (A resistência do ar é desprezível.)
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